Op nikkel gebaseerde legeringen op hoge temperatuur: selectie- en applicatiegids voor nikkelgebaseerde legeringen
Een legering bestaande uit nikkel als de matrix en andere elementen wordt een op nikkel gebaseerde legering genoemd. Nikkel heeft uitstekende mechanische, fysische en chemische eigenschappen. Het toevoegen van geschikte elementen kan de oxidatieresistentie, corrosieweerstand en hoge temperatuursterkte verbeteren en bepaalde fysische eigenschappen verbeteren. Nikkellegeringen kunnen worden gebruikt voor elektronische buizen, precisielegeringen (magnetische legeringen, precisieweerstandlegeringen, elektrische verwarmingslegeringen, enz.), Nikkelgebaseerde hoogtemperatuurlegeringen, nikkelgebaseerde corrosiebezendige legeringen, vormgeheugenlegeringen, etc.
Nikkel kan verschillende legeringen vormen met koper, ijzer, mangaan, chroom, silicium en magnesium. Onder hen is Nickel-Copper de beroemde Monel-legering, die hoge sterkte, goede plasticiteit en stabiele chemische eigenschappen heeft in een atmosfeer onder de 750 graden. Het wordt veel gebruikt in de elektrische industrie, vacuümbuizen, chemische industrie, medische apparatuur, scheepsbouwindustrie en andere gebieden.
Wat is een op nikkel gebaseerde legering?
Op nikkel gebaseerde legeringen worden over het algemeen legeringen genoemd met een NI-gehalte van meer dan 30 WT%. Het NI -gehalte van gemeenschappelijke producten is groter dan 50 WT%. Vanwege hun uitstekende mechanische sterkte en corrosieweerstand op hoge temperatuur, worden op nikkel gebaseerde legeringen, samen met op ijzer gebaseerde en kobaltgebaseerde legeringen, gelegerden met hoge temperatuur genoemd. Ze worden over het algemeen gebruikt in omgevingen op hoge temperatuur boven 540 graden, en verschillende legeringsontwerpen worden geselecteerd op basis van hun gebruiksscenario's. Ze worden vaak gebruikt in speciale corrosiebestendige en hoogtemperatuur corrosieomgevingen. Apparatuur met mechanische sterkte op hoge temperatuur is vereist. Vaak gebruikt in ruimtevaart, energie, petrochemische industrieën of speciale elektronica\/opto -elektronica velden.
De rol van elementen in op nikkel gebaseerde legeringen
Over op nikkel gebaseerde legeringen gesproken, het eerste om over te praten is het element nikkel.
Net als ijzer en koper, wordt nikkel sinds de komst van de beschaving als legering gebruikt. Maar vergeleken met staal, messing en bronzen, zijn nikkellegeringen laatkomers in de chemische industrie. Met de voortdurende vooruitgang van metallurgische en productietechnologie is de ontwikkeling van nikkellegeringen gepromoot, die zijn wijdverbreide toepassing in de chemische industrie heeft gepromoot. Nikkellegeringen hebben uitstekende corrosieweerstand, sterkte, taaiheid, metallurgische stabiliteit, verwerkingsprestaties en lasprestaties. Veel nikkellegeringen hebben ook een uitstekende hittebestendigheid, waardoor ze ideaal zijn voor toepassingen die een hoge temperatuursterkte en chemische corrosieweerstand bij hoge temperaturen vereisen.
De belangrijkste rol van nikkel in op nikkel gebaseerde legeringen is het veranderen van de kristalstructuur van het materiaal. Een belangrijke waarde van nikkel in op nikkel gebaseerde legeringen is het vormen van een austenietkristalstructuur, waardoor plasticiteit, lasbaarheid en taaiheid wordt verbeterd.
De functies van verschillende elementen in op nikkel gebaseerde legeringen behalve nikkel zijn als volgt:
De rol van boor- en siliciumelementen: verminder het smeltpunt van de legering aanzienlijk, breid het vaste-vloeistoftemperatuurbereik uit en vormt een laag smeltende eutectisch; deoxidatiereductie en slakverwijderingsfunctie; Harding en versterking van de coating; de prestaties van het operationele proces verbeteren.
De rol van koperelementen: verbeter de corrosieweerstand tegen niet-oxiderende zuren.
De rol van chroomelementen: versterking van vaste oplossing en passivering; de corrosieweerstand en oxidatieweerstand op hoge temperatuur verbeteren; Overmatig chroom is gemakkelijk te vormen chroomcarbide en chroom borohydride harde fasen met koolstof en boor, waardoor de hardheid en slijtvastheid van de legering worden verbeterd.
De rol van molybdeen-elementen: de atomaire straal is groot, het rooster is aanzienlijk vervormd na vaste oplossing, versterkt de legeringsmatrix aanzienlijk en verbetert de sterkte en de rode hardheid van de matrix op hoge temperatuur; kan de netwerkstructuur in de coating afsnijden en verminderen; Verbeter de resistentie van cavitatie en erosiebestand van nikkelgebaseerde precisielegeringen.
Eigenschappen van op nikkel gebaseerde legeringen
Vooral gewone nikkel-chromiumlegeringen worden gekenmerkt door extreem hoge hittebestendigheid tot ongeveer 750 graden Celsius en zijn daarom in staat om constante belastingen dicht bij het smeltpunt te weerstaan. Ze hebben ook uitstekende ductiliteit en treksterkte, lage thermische geleidbaarheid, goede koude vormige eigenschappen en hoge corrosieweerstand. Lage dichtheid, hoge chemische weerstand en hoge slijtvastheid maken deze legering bijzonder geschikt voor toepassingen op hoge temperatuur waarbij aluminium en staal onstabiel zijn.
De gunstige applicatie -eigenschappen van de legering maken de verwerking moeilijker: relatief lage snijsnelheden kunnen alleen worden gebruikt in gebieden met een korte gereedschapslevens. Bij het bewerken van aluminium met niet -gecoate carbide snijgereedschap, is de levensduur van het standaardgereedschap enkele dagen. Voor de bewerking van ductiel ijzer wordt de levensduur van het gereedschap teruggebracht tot ongeveer een uur, terwijl voor legeringen op nikkel gebaseerde legeringen tussen de vijf en tien minuten is.
Nikkellegeringen zijn duurder dan roestvrij staal. Een economische vergelijking op basis van initiële kosten in plaats van levenscycluskosten moet echter mogelijk nauwkeuriger zijn. De prijs van NI-CR-MO-legering is bijvoorbeeld ongeveer 8 keer die van 5Cr -18 Ni roestvrij staal en 2 keer die van super austenitisch roestvrij staal. Vanwege de uitstekende corrosieweerstand van nikkellegeringen worden de initiële kosten echter vaak gecompenseerd door langdurige kostenbesparingen uit langdurige levensduur van apparatuur, lagere onderhoudskosten en minimale downtime.
De fysieke eigenschappen van nikkellegeringen zijn erg vergelijkbaar met die van 300 -serie Austenitic roestvrij staal. De thermische expansiesnelheid van legeringen op basis van nikkel is ongeveer gelijk aan die van koolstofstaal, maar aanzienlijk lager dan die van 300 series roestvrij staal.
Hoewel de thermische geleidbaarheid van zuiver nikkel hoger is dan die van koolstofstaal, is de thermische geleidbaarheid van de meeste nikkellegeringen aanzienlijk lager en in sommige gevallen zelfs lager dan die van austenitisch roestvrij staal.
Naast puur nikkel is de sterkte van nikkellegeringen die worden gebruikt in de chemische verwerkingsindustrie veel hoger dan die van 300 series roestvrij staal. Nikkellegeringen hebben ook een zeer goede ductiliteit en taaiheid. De maximaal toegestane spanningen voor de meeste legeringen die in chemische apparatuur worden gebruikt, worden gegeven in sectie VIII van de ASME -ketel- en drukvatcode.
Nikkellegeringen zijn volledig austenitische microstructuren. Bijna alle nikkellegeringen die in de chemische industrie worden gebruikt, worden vaste oplossing versterkt. De toename van hun kracht komt van de toevoeging van effectieve verhardingselementen, zoals molybdeen en wolfraam, in plaats van de vorming van carbiden. Net als austenitisch roestvrij staal, kunnen nikkellegeringen vaste oplossing niet worden versterkt door warmtebehandeling, alleen door koud werken.
Een andere grote klasse van nikkelgebaseerde legeringen kan worden versterkt door neerslaghardende warmtebehandelingen. De meeste van deze legeringen zijn gespecialiseerd voor ultrahoge sterktetoepassingen, zoals die welke worden gebruikt in diepe olie- en gasproductie en ultrahoge drukprocessen.
Naast kleppen en roterende machinedelen hebben neerslag geharde nikkelgebaseerde legeringen beperkte toepassingen in chemische apparatuur. Deze legeringen omvatten gasturbines, branders en vliegtuigen.
